CCD航空相机用长寿命帘幕式快门

CCD型航空侦察相机由于存储量大,一般每次可拍摄数千张图像,快门曝光次数频繁,因此对其工作的可靠性和使用寿命提出了更高的要求.设计了一种新型高可靠性、长寿命帘幕式焦面快门,帘幕采用金属的钛箔材料,无需齿轮组传动,克服了传统的该类型快门的诸多弊端,保障了帘幕快门的使用寿命;且通过DSP控制整个系统,提高了控制精度.实验结...     

行间转移CCD的时间延迟积分调光方法

针对航空航天相机工作时由于曝光时间导致的图像质量下降问题,提出了行间转移面阵CCD的时间延迟积分(TDI)调光方法。选择行间转移面阵CCD KAI-16000作为成像器件,设计并完成了成像系统,利用FP-GA控制行间转移面阵CCD的驱动信号模式,将普通电子快门调光方法与TDI调光方法相结合,完成实时调光。实验结果表明:该成像系统无需延长曝光时间,依靠改变TDI工作模式下积分级数,解决了由于曝光时间不足导致的图像质量下降问题,图像信噪比(SNR)从13.22dB增加到33.74dB。     

一种航摄快门曝光时间均匀性的测试方法

在航空摄影中,快门曝光时间均匀性对于获得高质量的航空相片十分重要。为评测卷帘式航摄快门曝光时间的均匀性,根据有效曝光时间的分析计算,提出了一种可变缝宽式快门有效曝光时间均匀性的测试方法。在不同帘缝宽度下,依据光电测试法,利用每个测试位置的多次测量结果,运用最小二乘法得到帘缝宽度与有效曝光时间的拟合曲线,与理论曲线比较可衡量出有效曝光时间的不均匀性程度。最后对某卷帘式航摄快门进行了实验测试,测试结果表明有效曝光时间不均匀性为2.8%,满足快门4%的精度要求。经过飞行实验验证,所获得的照片均匀性良好,满足图像判读要求。     

基于CPLD的面阵CCD图像传感器驱动时序发生器设计

在分析FTT1010-M型面阵CCD图像传感器驱动时序关系的基础上,设计了可调曝光时间的面阵CCD图像传感器驱动时序发生器.选用CPLD器件作为硬件设计平台,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述.采用Quartus II对所设计的驱动时序发生器进行了功能仿真,并针对ALTERA公司的EPM7160SLC84-10进行了RTL级仿真及配置.系统测试结果表明,所设计的驱动时序发生器不仅可以满足面阵CCD图像传感器的驱动要求,而且还能够调节其曝光时间.     

自适应曝光时间的面阵CCD相机的研制

依据CCD探测器的光电线性关系,使用KAI-1020内线CCD探测器,研制了一种自适应曝光时间的面阵CCD相机.设计了以FPGA为核心处理单元的自适应先积分的时序驱动.测试结果表明,所研制的面阵CCD相机具有曝光时间自适应调整功能.     

数码摄影正误例解及补救方法（二）

闪光摄影的曝光控制与现场光摄影的曝光控制是不同的。现场光照明被摄体在一段时间内是相对稳定的,也可以说光线稳定的持续时间较长;而闪光灯的闪亮持续时间极为短暂（一般1/1000～1/5000秒）。由于这一区别,在进行闪光摄影曝光时,首先必须注意闪光灯的闪亮与快门开启的时间完全同步。数码相机有镜间快门和帘幕快门两种,不同的数码相机快门最快闪光同步时间不同。     

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

基于电子快门自动增益的CCD驱动电路研究

为了满足目前CCD测量领域中高速、高精度的测量要求,设计了TCDl304传感器的专用驱动电路。该驱动电路的一大特性就是电子快门,其将光积分时间缩短了一个数量级,至几个微秒,极大地提高了测量速度;同时,通过对CCD输出信号A／D采样分析,实时调节电子快门时间,实现自动调节控制,提高了测量精度。经实验证明,该测量方法在高速实时在线测量领域有很好的应用前景。     

用于目标跟踪的大视场CCD相机自动调光方法及实现

针对用于目标跟踪的大视场CCD相机的特殊结构,为了获得高质量图像,提出了一种基于电子快门无级调节的自动调光方法,即通过实时调整CCD相机的曝光时间来实现快速、高精度调光.文中提出了多区域灰度加权的图像灰度均值提取方法,消除了因大视场CCD相机背景图像数据过多而给自动调光带来的影响.系统采用FPGA内置RAM,通过乒乓缓存策略保证调光算法的实时性.通过对CCD相机的辐射定标和外景成像实验表明:该调光方法在辐亮度为25.697~260.548 W/m~2·sr区间内具有良好的图像质量,不仅满足调光速度快、实时性好、适应性强的要求,而且与无调光模式工作状态比较,CCD相机的动态范围增大了20倍,满足调光范围宽的要求.     

CCD曝光变化在能见度反演过程中的作用研究

气象能见度一直与我们的生活密切相关。目前在气象领域，能见度主要还是以人工观测为主，由于影响能见度的因子较多，人工观测不可避免存在主观性误差，所以随着天气现象自动观测技术的发展，能见度自动观测技术（能见度器测技术）的重要性越来越大。本文的研究平台是一种新型透射式能见度仪，又称为双反射透射式能见度仪，该能见度仪使用CCD（charge coupled device）作为图像采集部件，采集光源在空气中传播后的光斑图像，从而算出空气消光系数，最终反演出气象能见度。本文研究CCD曝光变化在能见度反演过程中的作用，主要研究工业相机快门与图像灰度间的关系。通过实验验证快门与灰度之间的线性关系，从而确定在双反射透射式能见度仪在使用过程中的快门调节并不影响能见度的反演结果。通过室内CCD曝光实验以及室外的新型能见度仪与前散能见度仪的对比实验，验证了该新型能见度仪能见度反演算法的有效性．     

彩色大面阵数字航空遥感相机技术的研究

提出了一种以彩色大面阵CCD探测器作为成像介质的大视场数字航空摄影相机设计技术。采用对称Russar型光学系统,在获得了大视场角的同时最大程度的降低了光学畸变;设计了精确的微位移传动系统移动CCD探测器以补偿前向像移,提高了相机的动态分辨率;设计了一种双叶片的中心式机械快门,获得了宽范围的曝光时间控制,保证了探测器的均匀曝光及合适的图像重叠率。地面及空中成像测试中相机的静态分辨率达到了CCD特征频率的要求,获得了清晰的航拍彩色图像,表明相机的各项技术性能满足要求,该相机技术已应用到国土资源的遥感普查中。     

脉冲激光干扰面阵CCD成像系统的实验研究

为了研究脉冲激光对面阵CCD的干扰效果,采用近场模拟实验的方法,设计了重复频率脉冲激光干扰CCD成像器件近场实验。当CCD器件表面接收激光功率密度达到2.97mJ/cm2时,观察和记录了CCD器件串音饱和现象;当CCD摄像机电子快门打开时,除发射窗口有激光光斑图像外,激光脉冲在激光器出光口竖直方向也会形成偏离出光口位置的漂移光斑图像。分析了CCD摄像机电子快门作用机理及图像信号转移方式机理,并对光斑漂移现象给出了合理解释。结果表明,重复频率脉冲激光可使CCD图像上出现漂移光斑而对图像形成干扰。这为重频脉冲激光干扰CCD的研究提供了理论基础和初步实验验证。     

基于帧转移CCD的超高动态循环曝光控制技术研究

提出了一种可大幅度提升高光谱成像探测动态范围的基于帧转移电荷耦合器件(CCD)的曝光控制技术。该技术采用先积分后读出的工作模式,结合CCD快速电荷倾倒时序控制方法,能够有效清除空闲时段的无效电荷,实现超短积分时间和长积分时间曝光周期的快速切换;针对同一被探测目标,在规定时间范围内通过多档积分周期之间的快速切换,实现多档曝光周期的不间断循环曝光,从而使该技术的光谱探测动态范围相较传统技术提升2个数量级以上。设计了循环曝光档数和曝光时间可动态设置方式,时序仿真与测试结果表明,该方式能够有效提升高光谱成像技术在复杂光环境下的适应性。     

电子快门与CCD图像传感器抗晕的研究

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件模拟结构进行数值计算,并分析1 PW层硼掺杂浓度参数对CCD纵向抗晕能力的影响,并对CCD纵向抗晕结构进行优化结构。而电子快门就是利用纵向抗晕的工作原理而发展的。     

Integrated electronic shutter for back-illuminated charge-coupleddevices

A novel electronic shutter has been integrated into the structure of a back-illuminated frame-transfer charge-coupled device (CCD) to permit short optical exposure times and to reduce the smear that occurs during the transfer of an image from the CCD detection area. The shutter consists of an n⁺ shutter drain placed in the vertical channel stop regions and stepped p-type buried layers formed by a high-energy implantation (1.0-1.5 MeV) located between the CCD n-type buried channel the and p substrate. These structures create electric fields that direct the photoelectrons to either the CCD detection region or the n⁺ shutter drain. The ratio of photons detected with the shutter open to photons detected with the shutter closed has been measured to be greater than 75000 for wavelengths below 540 nm. The corresponding shutter rise and fall times are less than 55 ns     

半导体激光器干扰CCD传感器实验研究

为拓展半导体激光器的应用,开展了半导体激光器对可见光CCD传感器的干扰实验研究,得出CCD饱和像素个数与激光输出功率和CCD传感器电子快门时间的对应关系.当电子快门时间分别为t=1/10000 S、t=1/4000 S和t=1/2000 S时,CCD的饱和阈值分别为1W、1W和2.8W."软损伤"的阈值为10W,然而,在激光输出最大功率为22.4W的条件下并没有使CCD损伤.     

利用抗光晕通道倾泻电荷的帧转移EMCCD电子快门方法

针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题,提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法,通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻,实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门,并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式;使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾（smear）效应;采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明,通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊,并实现夜间的高动态范围夜视成像,显著提升图像细节。